Im Moment gibt es viele Fotos vom Mars, aber nicht alle erlauben es uns, die Farbe des Himmels auf diesem Planeten zu beurteilen. Viele von ihnen haben einen zu hohen Weißabgleich, so dass unser Sehvermögen uns daran hindert, die Kontraste auf diesen Fotos zu unterscheiden. Glücklicherweise gibt es einige ziemlich interessante Studien, in denen Wissenschaftler versuchen, Farben am Marshimmel zu unterscheiden und sie durch physikalische Gesetze zu erklären.
Im Rahmen des Mars Exploration Rover-Programms lieferten Wissenschaftler der NASA die Rover Spirit, Oppotunity und Bell III auf den roten Planeten. Die Rover waren mit Panoramakameras von Pancam Instrument ausgestattet. Die Wissenschaftler erhielten radiometrisch kalibrierte Bilder, mit denen die Farbe des Himmels bestimmt werden kann. Die Bilddaten wurden unter Berücksichtigung der spektralen Empfindlichkeit der Kamera und der Filter, der Sonnenstrahlung, die die Marsoberfläche erreicht, und anderer Faktoren in physikalische Größen (Fluss und Strahlung) umgewandelt. Spirit and Oppotunity fotografierte bläulich-schwarzen und schwarzen Himmel in der staubfreien Atmosphäre. Die meiste Zeit befindet sich jedoch viel Staub in der Marsatmosphäre, so dass der Himmel meistens eine andere Farbe hat.
Die Farbe des Himmels auf dem Mars hängt davon ab, wie die Sonnenstrahlung vom direkten Lichtstrahl gestreut und die Oberfläche beleuchtet wird und wie die gestreuten Strahlen von Molekülen und Partikeln in der Atmosphäre absorbiert werden. Wenn es zum Beispiel keine Atmosphäre wie den Mond gäbe, gäbe es einen dunklen Himmel und eine gelbe Sonne. Auf der Erde ist der Himmel aufgrund der Rayleigh-Streuung blau, wodurch Moleküle mit einem Radius kleiner als die Strahlungswellenlänge (etwa 1/10) bei kürzeren Wellenlängen besser streuen. In diesem Fall ist der Streuquerschnitt umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge.
Die Marsatmosphäre ist viel dünner, so dass die molekulare Streuung weniger effizient ist. Marsstaub kann die gleiche Rolle spielen wie Luftmoleküle auf der Erde, die kurze Wellenlängen des Lichts streuen und zu blauem Himmel und roten Sonnenuntergängen auf der Erde beitragen. Auf dem Mars würde es genauso funktionieren, wenn die Partikel Licht ohne Absorption streuen würden. Marsstaub ist jedoch reich an blauem, absorbierendem Eisenoxid, was den gegenteiligen Effekt hat und einfach kurze Lichtwellenlängen vom Strahlungsfluss weglenkt.
Die Rover nahmen Bilder des "dunkelgelb-bräunlichen" Himmels in einer typischen Situation auf, in der viel Staub in der Marsatmosphäre verbleibt. Da Staub den Himmel manchmal blauer (aufgrund von Lichtstreuung) oder rötlich (aufgrund von Lichtabsorption) erscheinen lässt, ist hier ein tieferes Verständnis erforderlich. Curt Ehlers und seine Kollegen führten eine Studie durch, die von allen geschätzt wird, die mit atmosphärischer Optik vertraut sind. Ehlers und Kollegen untersuchten den komplexen Effekt von Staub in Mikrometergröße, der blaues Licht absorbiert, und zeigten, dass Rötungen etwas wirksamer sind und in "staubigen Situationen" zu einer braunen Farbe des Himmels führen. Darüber hinaus streuen längere Wellenlängen (rot) und kürzere Wellenlängen (blau) sehr unterschiedlich und erzeugen interessante Effekte wie das blaue Leuchten, das der Sonne auf ihrem Weg zum Marshimmel folgt.
Laut dieser Studie hat der Himmel eine gelblich-bräunliche Farbe, und die Sonne leuchtet blau und ist besonders bei Sonnenuntergang sichtbar. Dies ist jedoch komplizierter als man sich vorstellen kann. Da der Mars 1,5 astronomische Einheiten von der Sonne entfernt ist, ist die Lichtmenge auf der Oberfläche halb so groß wie auf der Erde. Aufgrund des Lichtmangels wechseln unsere Augen die Empfindlichkeit zu blauem Licht, da wir von farbempfindlichen Kegeln zu farbunempfindlichen Stäben wechseln. Dies wird als Purkine-Effekt bezeichnet. Daher wird der erste Astronaut, der auf dem Mars landet, wahrscheinlich den Himmel blauer beschreiben, als man erwarten könnte.
